高三生物微生物发酵及其应用知识点
发酵工程是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
(1)“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”,词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。
(2)工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品,其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产,就必须解决实现这些工艺(发酵工艺)的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题,因此,就有了“发酵工程”。
(3)发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段,这三个阶段都有各自的工程学问题,一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。
(4)微生物是发酵工程的灵魂。近年来,对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化,发酵工程正在走近科学。
(5)发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。
(6)发酵工程有三个发展阶段。
现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。发酵工程经历了“农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程”三个发展阶段。
发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作(农产手工加工),后来借鉴于化学工程实现了工业化生产(近代发酵工程),最后返璞归真以微生物生命活动为中心研究、设计和指导工业发酵生产(现代发酵工程),跨入生物工程的行列。
原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品,体力劳动繁重,生产规模受到限制,难以实现工业化的生产。于是,发酵界的前人首先求教于化学和化学工程,向农业化学和化学工程学习,对发酵生产工艺进行了规范,用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运,以机器生产代替了手工操 作,把作坊式的发酵生产成功地推上了工业化生产的水平。发酵生产与化学和化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。
通过发酵工业化生产的几十年实践,人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的(时变的)、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程,按照化学工程的模式来处理发酵工业生产(特别是大规模生产)的问题,往往难以收到预期的效果。从化学工程的角度来看,发酵罐也就是生产原料发酵的反应器,发酵 罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂,按化学工程的正统思维,微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。于是,追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核(微生物),返璞归真而对 发酵工程的属性有了新的认识。发酵工程的生物学属性的认定,使发酵工程的发展有了明确的方向,发酵工程进入了生物工程的范畴。
发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精,乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶,利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着 科学技术的进步,发酵技术也有了很大的发展,并且已经进入能够人为控制和改造微生物,使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分,具有广阔的应用前景。例如,用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量;利用微生物发酵生产药品,如人的胰岛 素、干扰素和生长激素等。
已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支,成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等 多种医疗保健药物,生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。
从广义上讲,发酵工程由三部分组成:是上游工程,中游工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育,最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成) 的确定,营养物的准备等。中游工程主要指在最适发酵条件下,发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境,包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术;在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术;在发酵过程中根据细胞生长 要求控制加料速度的计算机控制技术;还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。此外,根据不同的需要,发酵工艺上还分类批量发酵:即一次投料发酵;流加批量发酵:即在一次投料发酵的基础上,流加一定量的营养,使细胞进一步的生长,或得到更多的代谢产物; 连续发酵:不断地流加营养,并不断地取出发酵液。在进行任何大规模工业发酵前,必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验,得到产物形成的动力学模型,并根据这个模型设计中试的发酵要求,最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物 反应的复杂性,在从实验室到中试,从中试到大规模生产过程中会出现许多问题,这就是发酵工程工艺放大问题。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术:包括固液分离技术(离心分离,过滤分离,沉淀分离等工艺),细胞破壁技术(超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等),蛋白质纯化技术(沉淀法、色谱 分离法和超滤法等),最后还有产品的包装处理技术(真空干燥和冰冻干事燥等)。此外,在生产药物和食品的发酵工业中,需要严格遵守美国联邦食品和药物管理局所公布的cGMPs的规定,并要定时接受有关*的检查监督。
发酵工程的发展简史
20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程,属于厌氧发酵。从那时起,发酵工程又经历了几次重大的转折,在不断地发展和完善。
20世纪40年代初,随着青霉素的发现,抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉素产生菌是需氧型的,微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上,成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术,建立了深层通气发酵技术。它大大促进了发酵工业的发展,使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。
1957年,日本用微生物生产谷氨酸成功,如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。氨基酸发酵工业的发展,是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。科学 家在深入研究微生物代谢途径的基础上,通过对微生物进行人工诱变,先得到适合于生产某种产品的突变类型,再在人工控制的条件下培养,就大量产生人们所需要的物质。目前,代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。
20世纪70年代以后,基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发,使发酵工程进入了定向育种的新阶段,新产品层出不穷。
20世纪80年代以来,随着学科之间的不断交叉和渗透,微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究,使得对发酵过程的控制更为合理。在一些国家,已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数,明显提高了生产效率。
微生物营养与发酵产物形成之间的关系?
微生物营养包括其生长和繁殖所需的基本元素,如碳、氮、磷、硫以及水分和矿物质。这些营养元素通常以底物和辅助营养物质的形式存在。底物是微生物能量代谢的主要来源,例如葡萄糖、乳糖、淀粉和氨基酸。微生物通过代谢这些底物,进行氧化还原反应以产生能量(ATP),并生成各种发酵产物,如乳酸、醋酸、酒精、...
生物包括什么
问题五:生物科学领域包括哪些学科 植物学,动物学,微生物学,细胞生物学,分子生物学,生态学,进化生物学,神经生物学等 问题六:生物技术主要包括什么 生物技术的内容主要包括:(1)基因工程;(2)细胞工程;(3)发酵工耿;(4)酶工程;(5)蛋白质工程。其中基因工程技术是核心技术。细胞工程是在细胞水平上的技术,主要是以...
什么是生物发酵技术
随着科学技术的进步,生物发酵技术也有了很大的发展,并且已经进入能够人为控制和改造微生物,使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分,具有广阔的应用前景。例如,用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量;利用微生物发酵生产药品,如人...
试述微生物发酵在工业生产中所占的重要地位,并列表指出在工业生产中的...
2、酶制剂。微生物酶制剂可以用发酵技术来大量生产,而且提高微生物的生产能力很方便,具有动物或植物无法比拟的优点。现今酶制剂广泛用于医药,食品加工,活性饲料,纤维脱浆等许多行业。 3、代谢产物。微生物利用外界的营养无知,通过包括分解代谢和合成代谢在内的两种紧密相关的物质代谢过程,生产...
微生物发酵生产降解酶,具体情况
http:\/\/zhidao.baidu.com\/question\/570469440.html?oldq=1 http:\/\/zhidao.baidu.com\/question\/563227660.html?oldq=1 得到所需要的菌株后,用微生物培养的方式使微生物增殖,然后产生所需要的酶。这是发酵过程。其一般步骤是:斜面菌种→摇瓶培养→一级种子→二级种子→入罐发酵→产物提取。这是一般...
列举一种发酵食品,说明有哪些微生物参与及其作用
3. 酱油的发酵过程涉及多种霉菌,如黑曲霉,它们在好氧条件下产生蛋白酶,将大豆中的蛋白质分解成小分子肽和氨基酸。这些微生物的代谢产物赋予了酱油其特有的香气和味道。4. 酱类食品如豆酱,其发酵主要由产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌驱动。这些酶将大豆中的大分子营养物质分解成小分子,形成酱的...
微生物发酵过程可分为几个时期,各有何特征
四个阶段。调整期:微生物对新的培养环境的适应阶段。主要表现是降糖慢、OD值上升慢,无产物积累。对数生长期:微生物适应新环境后,开始大量、快速繁殖。主要表现是降糖快,OD值快速上升,开始积累发酵产物。平衡期:也叫稳定期。微生物生长速度下降,新个体产生与死亡基本平衡。主要表现是降糖仍比较快,...
发酵工程
三、发酵工程中的微生物选择与培养 发酵工程中的微生物选择非常重要。不同的微生物有不同的代谢能力和产物生成能力。选择适合的微生物菌株,可以提高发酵产物的质量和产量。同时,培养过程中需要注意控制培养条件,如温度、氧气供应、pH等,以促进微生物的生长和产物的积累。四、发酵工程中的底物选择与预...
天然产物的微生物及其发酵液有效成分
微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活密切相关。能够提供有效成分的主要是真核生物中的真菌与藻类,以及其他微生物的代谢(发酵)产物。来源于微生物及发酵液的有效成分主要有多糖类、酶类、抗生素类、色素类、氨基酸类、有机酸类、醇酮类、维生素类、核...
微生物发酵在工业生产中所占的重要地位
2.放线菌 它的最大经济价值在于能产生多种抗生素。从微生物中发现的抗生素,有60%以上是放线菌产生的,如链霉素、金霉素、红霉素、庆大霉素等。常用的放线菌主要来自以下几个属:链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。近年来也用放线菌生产氨基酸、核苷酸、维生素和酶制剂等。3.酵母菌 工业上...
温胜西吡: 高中生物选修1生物技术实践知识点总结:选修1生物技术实践知识点是高中学习生物时期的主要知识点之一,主要包括微生物的利用、酶的应用、生物技术在食品加工中的应用、生物技术在其它方面的应用等,以下是各具体知识点总结的理解和...
阿巴嘎旗15075486610: 关于发酵,紧急,高三选修一?
温胜西吡: 不同:果酒——酵母菌——先无氧,让酵母菌繁殖,再无氧呼吸进行酒精发酵. 果醋——醋酸菌——有氧呼吸 腐乳——主要是毛霉菌 泡菜——乳酸菌传统发酵技术的共同特点 1,发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应...
阿巴嘎旗15075486610: 高中生物常考的微生物的考点及代谢类型有哪些? - ?
温胜西吡:[答案] 一、常现生物:1.细菌:原核类:具细胞结构,但细胞内无核膜和核仁的分化,也无复杂的细胞器,包括:细菌(杆状、球状、螺旋状)、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体.①细菌:三册书中所涉及的所有细菌的种类:乳酸菌...
阿巴嘎旗15075486610: 高中生物解题要点有哪些 - ?
温胜西吡: 高中生物学习方法指导集一生 物 《微生物与发酵工程》要点突破 同位素示踪试题归类例析 食物网中生物变动情况判断方法 从结构看生物分类 酶专题知识小结 巧记“蛋白质”有关知识点 生物实验设计题的解题技巧 逐对分析原则应用正误辨 一...
阿巴嘎旗15075486610: 谁有选修1生物知识点!全啊? - ?
温胜西吡: 选修1 生物技术实践 第一部分 微生物的利用(是重点) 一、课标内容:进行微生物的分离和培养 二、教学要求:实验1 大肠杆菌的培养和分离 基本要求 1, 进行大肠杆菌的扩增,利用液体培养基进行细菌培养的操作.2, 进行大肠杆菌的分离...
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温胜西吡:[答案] 第一章:人体的内环境与稳态 1、体液:体内含有的大量以水为基础的物体. 细胞内液(2/3) 体液 细胞外液(1/3):包括... 12、生态环境问题是全球性的问题 13、生物多样性:生物圈内所有的植物、动物和微生物,它们所拥有的全部基因以及各种...
阿巴嘎旗15075486610: 简述微生物发酵的操作方式及特点 - ?
温胜西吡: 微生物发酵的主要方式有固体发酵和液体发酵.工业上的大规模生产主要采用液体发酵.影响发酵的因素有发酵培养基,溶氧、PH、温度、泡沫.主要控制有:溶氧的影响及控制(控制搅拌的速度),温度的影响及控制(温控设置),pH值的影响及控制(流加氨水和尿素),消沫控制(消泡剂),中间补料控制.
阿巴嘎旗15075486610: 微生物的特点与作用 - ?
温胜西吡: 三,微生物的生物学特点与作用 微生物除具有生物的共性外,也有其独特的特点,正因为其具有这些特点,才使得这样微不可见的生物类群引起人们的高度重视. (一)种类繁多,分布广泛 (二)生长繁殖快,代谢能力强 (三)遗传稳定性差,...
阿巴嘎旗15075486610: 几种常见发酵作用的过程以及参与微生物 - ?
温胜西吡: 1、参与腐乳发酵的微生物主要是毛霉.腐乳制作的原理是:蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸;脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸. 2、参与苹果醋发酵的微生物是醋酸菌,其代谢类型为异养需氧型,果醋制作过程需要控制...
阿巴嘎旗15075486610: 简述微生物发酵的几种类型及可控工艺参数 - ?
温胜西吡: 发酵原本指在厌氧条件下葡萄糖经酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程.同时广义的发酵是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程.微生物发酵过程可分为分批、补料-分批、半连续和连续等几种.不同的培养技术各有优缺点,了解菌种在不同工艺条件下的细胞生长、代谢和产物合成的变化规律有助于发酵生产的控制.常规的发酵条件有罐温、罐压、搅拌转速、空气流量、液位、补料、通氨速率等的设定和控制.表征过程性质的状态参数有pH、DO、溶解CO2、氧化还原电位、尾气氧和二氧化碳含量、基质或产物浓度、菌浓等.发酵工艺是一门艺人,需凭借多年的经验才能掌握.祝你早日成功!